Основные химические законы

Между веществами, вступающими в химическую реакцию (реагентами), и образующимися в результате реакции (продуктами), существуют строгие количественные соотношения, подчиняющиеся ряду основных законов.

Закон постоянства состава – качественный и количественный состав индивидуального химического соединения строго постоянен и не зависит от способа его получения.

Закон сохранения массы вещества – масса веществ, образовавшихся в результате реакции, равна массе веществ, вступивших в реакцию.

Закон объемных отношений газов (закон Гей-Люссака) – объемы образовавшихся газообразных продуктов и вступивших в реакцию газов относятся друг к другу как небольшие целые числа.

Закон Авогадро – в равных объемах газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул.

Из закона Авогадро вытекает ряд следствий:

Следствие I – отношение объемов реагирующих газов (измеренных при одинаковых условиях) равно отношению стехиометрических коэффициентов в уравнении соответствующей реакции, т.е. равно отношению мольных количеств веществ:

V(X₁): V(X₂) = n(X₁): n(X₂)

Например, горение сероводорода протекает по уравнению:

2H₂S_(г) + 3O_2(г) = 2SO_2(г) + 2H₂O_(ж)

Следовательно, V(H₂S): V(O₂): V(SO₂) = n(H₂S): n(O₂): n(SO₂) = 2: 3: 2

Следствие II – при одинаковых температуре и давлении отношение масс равных объемов газов равно отношению их молярных масс и численно равно отношению их плотностей:

m₁/m₂ = M₁/M₂ = ρ₁/ρ₂ (ρ – плотность газа).

Отношение ρ₁/ρ₂ называется относительной плотностью первого газа по второму и обозначается D. Данная зависимость позволяет использовать закон Авогадро для определения молярных масс газов.

Молярная масса вещества в газообразном состоянии равна его плотности по некоторому газу, умноженной на молярную массу второго газа:

M₁ = DM₂

Если плотность газа определяется по отношению:

а) к водороду, то M₁ = D(H₂) ^. М(Н₂);

б) к воздуху, то M₁ = D_(возд.) ^. 29, где 29 – средняя молярная масса воздуха.

Следствие III – один моль любого газа при одинаковых условиях занимает одинаковый объем, называемый молярным объемом.

При нормальных условиях (Т = 273 К, Р = 101,325 кПа) молекулярный объем любого газа равен 22,4 л/моль. Количество вещества п(Х) в данном объеме газа V(Х) при нормальных условиях находится из соотношения: п(Х) = V(X)/V_M. Так, 11,2 л газа (н.у.) составляют 11,2л/22,4л/моль = 0,5 моль.

Молярный объем газа при условиях, отличающихся от нормальных, может быть найден по уравнению Менделеева-Клапейрона: PV = nRT, где R – универсальная газовая постоянная, равная 0,082л^. атм/(моль ^. К), или 8,314 Дж/(моль ^. К). Зная, что п = m/М, уравнение можно записать: PV = m/M^.RT.

Состав газовых смесей часто характеризуется объемными долями компонентов в смеси.

Объемная доля – отношение объема данного компонента V(X) к общему объему системы V. Объемная доля обозначается ϕ(Х), это безразмерная величина, ее выражают в долях от единицы или в %. ϕ(Х) = V(X)/V_{системы}

Так как объем газа при данных условиях не зависит от химической природы газа, объемная доля газа численно равна его мольной доле:

ϕ(Х) = V(X)/V_{системы} = п(Х)/п_общее где п_общее – суммарное число молей всех компонентов системы.